前言

科學與技術是兩類不同且相互聯系的人類實踐活動，新的技術發明創造，不僅是新的科學問題的來源，而且是解決新的科學問題的工具和條件。生產的發展，經濟的繁榮，前代的積累，以及中外科學技術的交流，使得許多技術領域在宋元時代達到了高峰。從改變人類文明進程的“四大發明”，到大型天文儀器的創制，再到關乎人類生產生活的各種工農業技術，技術精妙、巧奪天工，展示了中國人獨特的創造性思維和過人智慧。晚明時期宋應星的《天工開物》，這一足以與一百四五十年以后法國狄德羅編纂的《百科全書》相匹敵的書籍，書中不僅總結了中國人的技術成就，而且通過書名表達了中國人的技術觀和自然觀。

四大發明

講到中國古代的科技發明，影響最大的應該就是“四大發明”了。所謂“四大發明”，是由“三大發明”的說法演變而來的。最早“三大發明”的提法，是文藝復興時期的意大利數學家杰羅姆·卡丹提出的。他說：磁羅盤、印刷術和火藥這三大發明，是“整個古代沒有能與之相匹敵的發明”。英國倫敦傳道會傳教士漢學家艾約瑟在1884年出版了一本書叫《中國的宗教》，書中他把造紙術與“三大發明”并列，并認為是中國的“四大發明”。到了20世紀40年代，英國學者李約瑟在重慶正式提出了“四大發明”的概念，使世界對中國古代的發明創造能力刮目相看。盡管中國古代的科技發明數量遠遠超過“四大發明”，但“四大發明”的提法大大改變了世界對中國古代科技文明的看法。

現在，相信讀者朋友們已經了解到了“四大發明”這個榮譽稱號的由來，但，你知道四大發明的背后隱藏著哪些故事嘛？

01

指南針

指南針又稱羅盤，是一種由磁針和方位刻度盤構成的指示南北方位的儀器。人類的日常生活和社會活動，如水陸出行、建屋采礦、地圖測繪、行軍打仗等都需要辨明方向，從事科學技術研究更需測定準確的方位。中國指南針的發明堪稱人類文明進程的導航儀，是一件劃時代的大事。在古代中國，方向測定不僅是個人出行的需要，而且被看作國家的一件大事，就天象觀測一樣設專門官員掌管。

指南針的發明并非一步到位，是中國人自戰國以來確定方位的近千年間的實踐過程中不斷探索的產物。古代最初用天文學方法確定方向，通常用圭表測定日影和以北極星定向。但是靠晝觀日影、夜觀星象能辨別方向有很大的局限性，遇到陰晦天氣，晝不見日、夜不見星時，特別是在海上航行時，靠天體定向就顯得無能為力。中國人早在戰國時期不但發現了磁石的吸鐵性，還發現了它的指極性，并用天然磁石制成世界上最早的指示方向的儀器——“司南”

02

造紙術

紙可謂是人類文明的載體。文字發明之后，人類急需一種便捷的書寫材料。在紙發明之前，中國古代書寫文字的載體先后有巖石、陶器、甲骨、金石、竹簡、木牘、縑帛等，到春秋戰國時期開始普遍用竹簡和縑絹。竹簡和縑帛作為書寫材料雖然遠比金石等材料適宜，但仍有很大缺陷：簡牘笨重，縑帛昂貴。正是在這樣的背景下，造紙術應運而生。

造紙術一般認為是東漢蔡倫（？—121年）發明的。《后漢書·蔡倫傳》記載：“自古書契多編以竹簡，其用縑帛者謂之為紙。縑貴而簡重，并不便于人。倫乃造意用樹膚、麻頭及敝布、漁網以為紙。元興元年奏上之。帝善其能，自是莫不從用焉。故天下咸稱‘蔡侯紙’。”但是20世紀以來的考古出土的一些古紙，其年代都在蔡倫之前，如西漢時期的“灞橋紙”“金關紙”“羅布淖爾紙”等，這表明造紙術在蔡倫之前已經誕生并不斷發展。但是，蔡倫對造紙術無論是原料還是技術工藝都進行了大膽創新。除麻頭及敝布、漁網等廢舊材料，他又增加了樹皮，開拓了新的原材料領域；除淘洗、碎切和泡漚之外，他還可能用石灰進行堿液烹煮，加快了生產效率，提高了紙張質量。“蔡侯紙”的問世，標志著書寫材料由竹帛向紙張轉變，之后，人們開始普遍用紙張書寫。

▲《天工開物》中的造紙場景

隋唐時期，社會經濟文化十分繁榮，紙的需求量猛增，促進了造紙技術的蓬勃發展。唐代制造的皮紙，有藤紙、楮皮紙和桑皮紙，以其品質在造紙業中占據上風。唐代的藤紙，生產于浙江地區，品質很高，為當時的高級公文用紙。唐代生產的皮紙作品多有傳世，廣為人知的唐馮承素所摹《蘭亭序》用的就是楮皮紙。故宮博物院藏唐代畫家韓滉（723—787年）的《五牛圖》用的是桑皮紙。

▲畫在桑皮紙上的《五牛圖》

03

印刷術

印刷術被稱為“文明之母”。印刷術發明之前，文化知識的傳播主要靠人抄寫。印刷術的發明使知識的傳播和積累發生了革命性的變化。近代思想的啟蒙和科學革命的發生，都離不開因印刷術導致的知識準確而快速的傳播。中國在唐朝貞觀年間（627—649年）發明雕版印刷，比歐洲早約700年。北宋慶歷年間（1041—1048年），畢昇發明活字印刷術，比德國谷騰堡早約400年。印刷術的發明不僅對中華文明的長久興盛，而且對世界文明的近代化，均做出了重要的貢獻。

宋代經濟文化發達，科舉盛行，國家大力提倡刻書。國子監等機構刻印儒家經典、本草醫書等，除頒發各地外，還許可印賣。國家提倡，士大夫愛好，使得兩宋時代的刻書成為一時風氣。宋代刻印了各種類書，促進了文化傳播和知識普及。中國古代的很多典籍，也是依靠宋代的印本流傳下來。宋代不僅首次雕印了先秦漢代的諸子百家著作，而且出版了不少科技方面的著作，且以醫學最多。與此同時，印刷術還用于印制中國最早的，也是世界最早的紙幣——“交子”。

▲兩宋時期印制的紙幣“交子”（右）和“會子”（左）

04

火藥

火藥是人類文明的推進劑。“鉆木取火”結束了人類茹毛飲血的原始生活。火藥的發明大大增強了人類改造自然的能力，結束了雄霸千年的冷兵器時代，改變了世界的發展格局。

▲《天工開物》中關于火藥的制作流程

中國最早發現火藥混合物。為尋求長生不老之法，古代的煉丹家常常把硝石、硫黃和雄黃等混在一起加熱。煉丹家的好奇心和冒險精神促使他們不斷變化原料的配方，導致了火藥的發明。隋唐孫思邈在《丹經內伏硫黃法》中記載硝石、硫黃和炭化皂角子混合后用火點燃后能猛烈燃燒。唐元和三年（808年），煉丹家清虛子撰的《太上圣祖金丹秘訣》記載了“伏火礬法”：“以硫黃二兩，硝石二兩，馬兜鈴三兩半，研末，拌勻，入罐，放入地坑中與地平，將彈子大小的燒紅的木炭，放入罐內，煙起，用濕紙四五重復蓋，再用兩塊磚壓上，用土掩埋。”伏火礬法比伏火硫黃法前進了一大步，加入了皂角子，能使燃燒持續進行。成書于唐末五代時期的《真元妙道要略》則記載了：“有以硫黃、雄黃合硝石并蜜燒之，焰起，燒手面及燼屋居者。”蜜經燒后成木炭，起到了木炭來源的作用。該書又指出：“硝石宜佐諸藥，多則敗藥。生者不可合三黃等燒，立見禍事。”即明確將硝石與硫黃、雄黃和雌黃等物燒之，立刻發生爆炸。中國原始火藥混合物的發現為火藥在軍事上的應用拉開了序幕。

▲《天工開物》中關于火器的記載

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